掩膜版：光刻过程的核心耗材
1.1 掩膜版基本介绍：微电子制造过程中的图形转移母版
掩膜版（Photomask）又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版等，是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，是图形设计和工 艺技术等知识产权信息的载体。在光刻过程中，掩膜版是设计图形的载体。通过光刻，将掩膜版上的设计图形转移到光刻 胶上，再经过刻蚀，将图形刻到衬底上，从而实现图形到硅片的转移，功能类似于传统照相机的“底片”。
图表1 掩膜版工作原理
以薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）制造为例，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，将设计好的薄膜晶体管（TFT）阵列和彩 色滤光片图形按照薄膜晶体管的膜层结构顺序，依次曝光转移至玻璃基板，最终形成多个膜层所叠加的显示器件；以晶圆 制造为例，其制造过程需要经过多次曝光工艺，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，在半导体晶圆表面形成栅极、源漏极、掺杂 窗口、电极接触孔等。相比较而言，半导体掩膜版在最小线宽、CD 精度、位置精度等重要参数方面，均显著高于平板显示、 PCB 等领域掩膜版产品。 掩膜版是光刻过程中的重要部件，其性能的好坏对光刻有着重要影响。根据基板材质的不同，掩膜版主要可分为石英掩膜 版、苏打掩膜版和其他（包含凸版、菲林等）。
图表2 半导体掩膜版曝光示意图
图表3 平板显示掩膜版曝光示意图
图表4 掩膜版产品图示及特点
1.3 光刻技术是掩膜版制造的重要环节
掩膜版制造工艺复杂，加工工艺流程主要包括 CAM 图档处理、光阻涂布、激光光刻、显影、蚀刻、脱膜、清洗、宏观检查、自动光学检查、精度测量、缺陷处理、贴光学膜等环节，其中光刻技术是掩膜版制造的重要环节。光刻需要先对掩膜基板 涂胶（通常是正性光刻胶），后通过光刻机对表面进行曝光，通常以 130nm 为分界，130nm 以上的光刻设备采用激光直写设备，但随着掩膜版的线宽线距越来越小，曝光过程中就会出现严重的衍射现象，导致曝光图形边缘分辨率较低，图形失 真，因此 130nm 及以下通常需采用电子束光刻完成。
图表7 掩膜版加工工艺流程
图表11 半导体材料市场占比 图表12 掩膜版下游需求结构
根据与下游晶圆厂商是否形成配套，当前半导体掩膜版生产商主要分为晶圆厂自建（In-house）及独立第三方两大类。具 体来看，28nm 及以下先进制程由于制造工艺复杂以及工艺机密等问题，晶圆厂所需掩膜版主要依赖内部工厂生产，如英特 尔、三星、台积电、中芯国际等公司；对于成熟制程而言，出于降本考虑，在满足技术要求下，晶圆厂更倾向于向独立第 三方采购。 海外掩膜版生产商起步较早，技术积累相对深厚，当前仍占据全球三方掩膜版主要市场份额。三家龙头企业日本 Toppan、 美国 Photronics、以及日本DNP 占全球市场份额比重合计超过80%。国内掩膜版厂商整体处于加速追赶阶段，当前主要包 括中芯国际光罩厂、华润迪思微（原华润掩膜，华润微电子子公司）、中微掩膜、龙图光罩、清溢光电、路维光电、中国台 湾光罩等。其中，中芯国际光罩厂及华润迪思微均为晶圆厂配套工厂，华润迪思微部分掩膜版对外销售。
图表13 全球半导体掩膜版厂商市场格局 图表14 全球独立第三方半导体掩膜版厂商市场格局
海外三方厂商：头部企业起步较早，先进制程方向明确
Photronics
福尼克斯（Photronics）成立于 1969 年，是世界上领先的掩膜版制造商之一，也是北美第一大掩膜版制造厂商。公司于 1987 年在纳斯达克上市，在北美、英国、德国、日本、中国台湾、韩国和新加坡都设有制造和销售中心。福尼克斯目前在 全球范围内拥有十一家工厂，产品均为石英掩膜版，主要用于半导体芯片和显示面板行业。 福尼克斯作为独立第三方掩膜版厂商，是目前少数几家目前可以提供先进工艺所需掩膜版的厂商之一，其二元 OPC掩膜版 已经可以支持到14nm 到28nm的工艺节点，而PSM相移技术的加入，进一步提高了图形曝光分辨率，使其得以突破14nm， 可以提供 5nm 及之后节点的 EUV（Extreme Ultra-Violet，极紫外光刻）掩膜版。
图表24 EUV 掩膜版横截面
参考文献链接
https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202308211595382318_1.pdf?1692638172000.pdf